ROV設(shè)計(jì)之照明系統(tǒng)
水下照明系統(tǒng)是由一個(gè)或多個(gè)電視,視頻和靜態(tài)攝像頭組成的觀察系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的,對(duì)他們之間的關(guān)系的理解是至關(guān)重要的。
當(dāng)在水下進(jìn)行遠(yuǎn)距離的光學(xué)觀察時(shí),吸收和散射都會(huì)影響其效果。溶解物質(zhì)增加其吸收,懸浮物質(zhì)增加其散射。散射是更麻煩的,不僅要從有用光里移出光束,還會(huì)增加背景照明光。通過(guò)使用更強(qiáng)的光來(lái)補(bǔ)償光的吸收損失,但是在某些情況下,由于反向散射的增加,額外的光線可能會(huì)使系統(tǒng)效果降低。在這種情況下就像在霧里駕駛時(shí)使用高波束前燈會(huì)導(dǎo)致比低波束前燈更差的視線一樣。
在被拍攝的物體和攝像頭之間的水體里保持沒(méi)有多余的光線可以減少散射引起的背景照明的影響。這可以通過(guò)分離燈光和攝像頭來(lái)實(shí)現(xiàn),在特別渾濁的水環(huán)境下使用2個(gè)或3個(gè)低功率的照明燈來(lái)代替1個(gè)高功率的照明燈也能改善這個(gè)情況。
在海水中攝像頭可以清晰的拍攝幾米遠(yuǎn)的物體,但是不像在空氣中,即使是在最好的海水中,在5-10米的近距離范圍內(nèi)清晰度也會(huì)急劇下降。在一些靠海岸水域背向散射的影響會(huì)減少可見(jiàn)度或者拍攝距離只有1-2米,把光源遠(yuǎn)離攝像頭的前面會(huì)改善整個(gè)情況。
除了由于吸收而導(dǎo)致的光強(qiáng)度降低的基本效果外,由于實(shí)際的吸收和顏色之間的函數(shù)關(guān)系,這個(gè)問(wèn)題進(jìn)一步復(fù)雜化了。在水中紅光被吸收的速度是藍(lán)綠光的6倍,這就是為什么長(zhǎng)距離的水下拍照時(shí)通常使用藍(lán)色色調(diào)而沒(méi)有其他太多顏色。下面的圖表顯示了紅色光(7000A)與藍(lán)綠和紫色光相比的嚴(yán)重衰減。
即使是最干凈的表面水,在4-5米深的環(huán)境中,紅光幾乎是不存在的。這種情況下在現(xiàn)在的水下攝影中得到了極大的改善,通過(guò)使用強(qiáng)大的閃光燈和相機(jī)來(lái)獲得更多的“紅色”光線,從而產(chǎn)生一幅更加色彩平衡的照片。
一盞燈的顏色溫度是用開(kāi)爾文度(K)來(lái)表示的。大多數(shù)水下燈光都使用鎢鹵燈,顏色溫度為2800-3400開(kāi)爾文度。在這個(gè)顏色溫度下的主要波長(zhǎng)是紅色。如上面討論,紅色在水里會(huì)被快速吸收,減少了光的穿透性,也降低了真正的彩色成像的范圍。這對(duì)于某些ROV應(yīng)用來(lái)說(shuō)是沒(méi)問(wèn)題的,比如只需要近距離的拍攝。更高溫度的燈光也可以減少背向散射,特別是在長(zhǎng)距離范圍時(shí),因?yàn)榻⑸涔獾谋嚷剩ǜ嗟募t色)相對(duì)于較遠(yuǎn)的物體所產(chǎn)生的光的比值更低。
對(duì)于專(zhuān)業(yè)的視頻成像應(yīng)用,如DSPL的燈光能提供非常好的照明. DSPL’s 400 W HMI SeaArc2 (如下圖)?是一種電弧放電燈,發(fā)光的電弧在稠密的蒸汽氣氛中燃燒,包括水銀和稀土鹵化物。HMIs有一個(gè)“日光”顏色的溫度在5600開(kāi)爾文度左右,類(lèi)似于自然的陽(yáng)光。由HMIs產(chǎn)生的光具有較高的顏色溫度(較長(zhǎng)的光波長(zhǎng)),從而進(jìn)一步滲透,在廣闊的區(qū)域提供更大的真彩色照片,使他們成為拍攝沉船的理想照明源。
????HMIs也比白熾燈更有效,每瓦產(chǎn)生3-4倍的流明。由于沒(méi)有燈絲可以打破,它們對(duì)震動(dòng)和振動(dòng)的敏感度較低。一個(gè)單獨(dú)的電子鎮(zhèn)流器調(diào)節(jié)電源輸入。主要用于紀(jì)錄片探險(xiǎn)(如電影泰坦尼克),HMI燈在一般的ROV市場(chǎng)中獲得了認(rèn)可。
對(duì)于HMI燈的補(bǔ)充是金屬鹵化物高強(qiáng)度放電(HID)燈。HID燈是弧光燈,就像HMIs一樣,但使用的是磁性壓艙物而不是電子鎮(zhèn)流器。HID燈也可以被摻雜以產(chǎn)生不同顏色的光譜。DSPL提供了日光、碘化(TI)和紫外線的選擇。日光燈管產(chǎn)生的顏色溫度與HMIs相同,5000-6000開(kāi)爾文度.TI燈產(chǎn)生的綠光,具有最好的水下穿透性,是遠(yuǎn)程駕駛的最佳燈。與紫外線濾光片一起使用的紫外線(UV)燈對(duì)于發(fā)現(xiàn)石油泄漏是很有用的。HID燈也被用于需要長(zhǎng)壽命燈光的應(yīng)用環(huán)境,或者是在連續(xù)不斷地使用燈的情況下。深拖拍照測(cè)量,長(zhǎng)時(shí)間的ROV和旅游潛艇等應(yīng)用環(huán)境。